[发明专利]一种动态极化调控器及其使用方法有效
申请号: | 201910759473.2 | 申请日: | 2019-08-16 |
公开(公告)号: | CN110534915B | 公开(公告)日: | 2021-02-26 |
发明(设计)人: | 魏泽勇;刘晓琴;李宏强 | 申请(专利权)人: | 同济大学 |
主分类号: | H01Q15/24 | 分类号: | H01Q15/24 |
代理公司: | 北京天达知识产权代理事务所(普通合伙) 11386 | 代理人: | 李明里 |
地址: | 200092 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 动态 极化 调控 及其 使用方法 | ||
1.一种动态极化调控器,其特征在于,包括m×n个周期性排列的原胞;其中,m表示行数,n表示列数,m,n≥2,每个原胞进一步包括:
金属谐振单元,由多层各向异性结构的金属层组成,用于通电后,使通过其传输的电磁波发生耦合,获得偏振方向不发生变化的线极化波或偏振方向发生交叉极化转换的线极化波;
介质单元,设置于金属谐振单元的各层金属层之间,用于为金属谐振单元提供支撑,并改变金属谐振结构的电磁极化能力;
调控单元,用于控制金属谐振单元通电,以及通电方向;
选择顶层金属层作为调控层,该金属层采用金属镂空环孔结构;相对设置的一对调控单元的连线相当于该金属层的双开口劈裂连线;
所述调控单元包括开关二极管、变容二极管中的至少一种,4个所述二极管,设置于顶层金属层镂空环孔结构的环孔之间,分别沿x轴正负向、y轴正负向对称排布,用于连接环孔内金属与外金属,并对环孔内金属与外金属进行单向导通控制;其中,
当x轴方向二极管通正向电压,y轴方向二极管通反向电压时,沿z轴正向传播的x极化波转换成y极化波,沿z轴负向传播的y极化波转换成x极化波;
当x轴方向二极管通反向电压,y轴方向二极管通正向电压时,沿z轴正向、负向传播的x极化波不发生极化转换,获得偏振方向不发生变化的线极化波;
上述y轴定义为底层金属层开口劈裂连线平行的直线,上述x轴定义为底层金属层平面垂直于y轴的直线。
2.根据权利要求1所述的动态极化调控器,其特征在于,所述金属谐振单元包括3~5层金属层;其中,
其他金属层采用双开口劈裂环结构;
从底层金属层到顶层金属层,双开口劈裂连线依次改变相同的角度,直到顶层金属层与底层金属层双开口劈裂连线呈90°。
3.根据权利要求2所述的动态极化调控器,其特征在于,所述介质单元包括设置于金属谐振单元的各层金属层之间的介质层;所述介质层与金属层交替排列;
所述金属层厚度小于工作波长的1/3,所述介质层厚度小于工作波长的1/2。
4.根据权利要求3所述的动态极化调控器,其特征在于,所有金属层与所有介质层的总厚度不超过2个工作波长,所述原胞的周期尺寸小于1个工作波长。
5.根据权利要求3或4所述的动态极化调控器,其特征在于,所述金属层采用铜、铝、钢铁、金或银中的至少一种;
所述介质层采用微波波段的印刷电路板、塑料、氧化硅、氧化铝陶瓷、铁氧体、铁电介质、铁磁介质或非线性介质材料中的至少一种。
6.根据权利要求2-4之一所述的动态极化调控器,其特征在于,从底层金属层到次顶层金属层的每一金属层,分别采用相同劈裂形状的双开口劈裂环结构;
所述双开口劈裂环结构采用双开口劈裂方环结构,所述金属镂空环孔结构采用金属镂空方环孔结构;或者,
所述双开口劈裂环结构采用双开口劈裂圆环结构,所述金属镂空环孔结构采用金属镂空方环孔结构或金属镂空圆环孔结构。
7.根据权利要求1所述的动态极化调控器,其特征在于,所述金属谐振单元采用3层金属层;其中,中间金属层与底层金属层都采用开口劈裂圆环结构,二者开口劈裂连线角度呈45°;
所述动态极化调控器的工作频率为4.4~6.2GHz,工作波长为60mm。
8.根据权利要求7所述的动态极化调控器,其特征在于,对于所述调控单元,顶层金属层开口的内圆尺寸r3为6~6.3mm、外圆尺寸R3为6.5~7mm;
中间金属层开口的内圆尺寸r2为6.5~6.7mm,外圆尺寸R2为7~7.3mm,断裂口宽度为0.1~0.5mm;
底层金属层开口的内圆尺寸r1为6.7~6.9mm,外圆尺寸R1为7.4mm,断裂口宽度为0.1~0.5mm。
9.一种权利要求7或8所述动态极化调控器的使用方法,其特征在于,包括如下步骤:
需要获得偏振方向不发生变化的线极化波时,将所述调控单元的x轴正向二极管截止、x轴负向二极管导通、y轴正向二极管导通、y轴负向二极管截止,用于保证沿z轴正向、负向传播的x极化波转不发生极化转换;所述z轴正向定义为底层金属层平面垂直向上的方向;xyz坐标系符合右手定则;
需要获得偏振方向发生交叉极化转换的线极化波时,将所述调控单元的x轴正向二极管导通、x轴负向二极管截止、y轴正向二极管截止、y轴负向二极管导通时,用于保证沿z轴正向传播的x极化波转换成y极化波,沿z轴负向传播的y极化波转换成x极化波。
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